CN115505222B - 一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料及其制备方法，复合材料按照重量份计算，包括：聚苯乙烯树脂80‑100份、导热填料18‑30份、阻燃剂22‑32份、热稳定剂0.5‑2.5份和光稳定剂1.5‑3.5份；本发明制备了一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料，与现有材料最大的不同是添加了自制的导热填料，其优点在于，在保证阻燃性能的基础上，能够减少现有阻燃剂的添加，还改善了聚苯乙烯材料的耐高温性和导热性能，取得了一举多得的效果。

Description

一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚苯乙烯材料领域，具体涉及一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚苯乙烯是由聚苯乙烯单体经自由基加聚反应后形成的聚合物，通常为非晶态无规聚合物，具有优良的易加工性、绝缘性和透明性，长期使用温度为0-70℃，是常用的五大工程塑料之一。
聚苯乙烯的氧指数在18％左右，是一种易燃的材料。在现有技术中，若想提升聚苯乙烯的阻燃性，需要加入阻燃剂，无机阻燃剂具有更好的耐高温性和环保型，因此，在提倡环保无卤生产的过程中，很多厂家在制备聚苯乙烯的过程中更多的使用无机阻燃剂。无机阻燃剂的阻燃效果与其添加量有密切关系，在阻燃要求较高的特殊环境中，若想进一步提升聚苯乙烯的阻燃性能，需要大量加入无机阻燃剂，但是无机阻燃剂的大量加入会降低材料本身的力学性能和加工性能，因此这也成为了目前生产高阻燃性聚苯乙烯产品的过程中比较棘手的一个难点。此外，聚苯乙烯的导热性较差，在需要较高温度的条件使用时，往往无法达到相应的需求。
因此，需要对聚苯乙烯进行改性，增强其导热性以及阻燃性能，以将其应用于更多有需求的场景中。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料及其制备方法。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
第一方面，本发明公开了一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料，按照重量份计算，包括：
聚苯乙烯树脂80-100份、导热填料18-30份、阻燃剂22-32份、热稳定剂0.5-2.5份和光稳定剂1.5-3.5份。
优选地，所述聚苯乙烯树脂的CAS号：9003-70-7，纯度：BR，密度：1.06g/mL(25℃)，重均分子量：3×105。
优选地，所述导热填料为聚苯醚复合硼化二钨，粒径是5-10μm。
优选地，所述阻燃剂为改性无机阻燃剂，粒径是5-10μm。；其中，改性无机阻燃剂是使用硅烷偶联剂处理无机阻燃剂后制备得到。
优选地，所述改性无机阻燃剂的制备过程中，所使用的硅烷偶联剂是硅烷偶联剂A-174(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)，无机阻燃剂包括重量比为(2-5):1的氢氧化铝和氢氧化镁。
优选地，所述改性无机阻燃剂的制备过程为：
将无机阻燃剂称取后混合于蒸馏水内，加入硅烷偶联剂A-174，超声混合1h后，室温下搅拌8-12h，然后过滤出无机阻燃剂，水洗三次后，干燥，即得到改性无机阻燃剂；其中，无机阻燃剂、硅烷偶联剂A-174与蒸馏水的固液比是10g：(1-2)mL：(100-200)mL。
优选地，所述热稳定剂为有机锡稳定剂，包括二月桂酸二辛基锡、二月桂酸二丁基锡、甲基硫醇锡、辛基硫醇锡中的至少一种。
优选地，所述光稳定剂为受阻胺光稳定剂，包括光稳定剂622、光稳定剂770、光稳定剂292中的一种。
优选地，所述导热填料的制备包括以下步骤：
(1)制备氨基化聚苯醚：
使用聚苯醚树脂经过硝酸/醋酸酐的硝基化处理后，再经过氯化亚锡/盐酸的催化体系氨基化处理，得到氨基化聚苯醚；
(2)制备环氧基化硼化二钨：
使用纳米硼化二钨粉末经过正硅酸乙酯混合液的处理，形成硼化二钨活化产物，再使用γ-(2(3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷进行环氧基化处理，得到环氧基化硼化二钨；
(3)制备聚苯醚复合硼化二钨：
将氨基化聚苯醚与环氧基化硼化二钨混合，催化结合反应，得到聚苯醚复合硼化二钨。
优选地，步骤(1)中，硝基化处理的方法为：
S1.将聚苯醚树脂混合于甲苯中，在室温搅拌2-5h，然后滴加醋酸酐，超声处理1-2h，得到聚苯醚混合液；其中，聚苯醚树脂购买自沙伯基础厂家，型号为PPO NorylFXN121BK；聚苯醚树脂、醋酸酐与甲苯的固液比是(12-20)g：(50-60)mL：(100-200)mL；
S2.将聚苯醚混合液盛于烧瓶内，将烧瓶置于冰水浴中，逐滴的加入硝酸，并持续的搅拌，在半小时内将硝酸滴加完毕，然后升温至25-30℃继续搅拌3-6h，减压除去溶剂得到固体，依次进行水洗和醇洗各三次，干燥，得到硝基化聚苯醚；其中，硝酸的质量分数是65％，硝酸的滴加体积与聚苯醚混合液体积比值是(10-20)mL：(150-200)mL。
优选地，步骤(1)中，氨基化处理的方法为：
将硝基化聚苯醚与无水乙醇混合于烧瓶内，机械分散均匀后，加入氯化亚锡，升温至80-90℃，再滴加盐酸，保温搅拌回流20-30h，反应结束降温至常温，过滤出固体，先使用蒸馏水洗涤至中性，再使用氢氧化钠溶液洗涤三次，最后再使用蒸馏水洗涤至中性，干燥，得到氨基化聚苯醚；其中，盐酸的质量分数是20％，氯化亚锡、硝基化聚苯醚、盐酸与无水乙醇的固液比是(120-140)g：(12-20)g：(150-180)mL：(150-180)mL。
优选地，步骤(2)中，硼化二钨活化产物的制备过程为：
将纳米硼化二钨粉末分散于氨水、蒸馏水与乙醇的混合液中，分散均匀后，加入正硅酸乙酯，在常温下搅拌10-15h，然后过滤出固体，依次进行水洗和醇洗各三次，干燥，得到硼化二钨活化产物；其中，氨水、蒸馏水与乙醇的混合液中的氨水、蒸馏水与乙醇的体积比是(2-6)mL：(30-50)mL：(150-180)mL，氨水质量分数是25％；纳米硼化二钨粉末的粒径是300-500nm，纳米硼化二钨粉末、正硅酸乙酯与混合液的固液比是(15-25)g：(25-35)mL：(200-250)mL。
优选地，步骤(2)中，环氧基化处理的过程包括：
将硼化二钨活化产物加入至乙醇和蒸馏水的混合液中，再加入γ-(2(3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH-560)，常温下超声0.5-1h，然后调节混合液的pH至5，升温至50℃，搅拌10-14h，依次进行水洗和醇洗各三次，干燥，得到环氧基化硼化二钨；其中，乙醇和蒸馏水的混合液中的乙醇和蒸馏水的体积比是1：(1-2)，硼化二钨活化产物、γ-(2(3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷与混合液的固液比是(15-25)g：(1.6-3.2)mL：(200-250)mL。
优选地，步骤(3)中，聚苯醚复合硼化二钨的制备方法为：
将氨基化聚苯醚与环氧基化硼化二钨混合分散在异丙醇中，加入路易斯酸催化剂三氟甲磺酸，升温至45-55℃，搅拌8-12h，冷却至常温，过滤出固体，减压干燥，得到聚苯醚复合硼化二钨；其中，氨基化聚苯醚、环氧基化硼化二钨、三氟甲磺酸与异丙醇的固液比是(15-25)g：(10.8-22.4)g：(0.5-1.5)mL：(200-250)mL。
第二方面，本发明公开了一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料的制备方法，包括：
步骤1，将聚苯乙烯树脂与导热填料混合至搅拌器内，升温至180-200℃，混合10-20min；
步骤2，依次向步骤1的搅拌器内加入阻燃剂、热稳定剂和光稳定剂，继续混合10-20min；
步骤3，将步骤2得到的混合料经过双螺杆挤出机的挤出，双螺杆挤出机的转速是50-70r/min，长径比是(25-35):1，温度区间是205-255℃，成型后，得到聚苯乙烯复合塑料。
本发明的有益效果为：
1、本发明制备了一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料，与现有材料最大的不同是添加了自制的导热填料，其优点在于，在保证阻燃性能的基础上，能够减少现有阻燃剂的添加，还改善了聚苯乙烯材料的耐高温性和导热性能，取得了一举多得的效果。
2、相对于有机阻燃剂，无机阻燃剂的优点是分解温度高，除了有阻燃效果外，还有抑制发烟和氯化氢生成的作用。然而在需要更高阻燃效果时，无机阻燃剂的大量加入会降低材料本身的力学性能和加工性能。而在本发明中，对无机阻燃剂进行了硅烷偶联剂的处理，以增强其与有机材料的融合度。此外，本发明所加入的导热填料还在阻燃方面有辅助效果，与无机阻燃剂配合使用会比单纯的使用无机阻燃剂有更好的阻燃效果。
3、聚苯乙烯的耐高温性较差，软化温度为80℃，在80℃以上会变成较软的物体，通常只能在低温下使用。聚苯醚具有刚性大、耐热性高、难燃、强度较高、电性能优良等优点，因此现有技术中有将两者复合以提升聚苯乙烯的耐高温性，但是聚苯醚与聚苯乙烯复合后成型性并不好，且抗冲击能力差。基于此问题，本发明并未将聚苯醚与聚苯乙烯直接复合，而是先将聚苯醚与导热性材料硼化二钨通过化学结合，即通过将聚苯醚氨基化，硼化二钨表面环氧基化，利用环氧基与氨基缩合的性质结合在一起，再将得到的产物作为导热填料应用在聚苯乙烯中。这样经过处理后的聚苯醚与聚苯乙烯复合后，不仅解决了抗冲性差以及成型性不好的问题，还具有更好的耐高温性以及导热性。
4、聚苯醚本身虽然具有一定的阻燃性，但是其阻燃效果并不强，单独作为添加剂使用时对于阻燃性能的提升并不明显。然而，将其与硼化二钨通过化学方法结合后，却能够发挥出更好的表现。经过检测，聚苯醚与硼化二钨结合后作为导热填料与分开单独添加聚苯醚与硼化二钨相比，不仅具有更好的阻燃性能，而且在耐高温性能、导热性能以及力学性能上具有更好的表现。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明，对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
相对于有机阻燃剂，无机阻燃剂的优点是分解温度高，除了有阻燃效果外，还有抑制发烟和氯化氢生成的作用。本发明选用的两种无机阻燃剂，包括氢氧化铝和氢氧化镁，其中氢氧化铝是集阻燃、抑烟、填充三大功能于一身的阻燃剂，无毒、无腐蚀、稳定性好、高温下不产生有毒气体，且价格低廉，来源广泛。氢氧化镁在340℃～490℃之间分解，热稳定性好，具有良好的阻燃及消烟效果，特别适宜于加工温度较高的聚烯烃塑料。
下面结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料，按照重量份计算，包括：
聚苯乙烯树脂90份、导热填料24份、阻燃剂28份、热稳定剂1.5份和光稳定剂2份。
聚苯乙烯树脂的CAS号：9003-70-7，纯度：BR，密度：1.06g/mL(25℃)，重均分子量：3×105；导热填料为聚苯醚复合硼化二钨，粒径是5-10μm。
阻燃剂为改性无机阻燃剂，粒径是5-10μm。；其中，改性无机阻燃剂是使用硅烷偶联剂处理无机阻燃剂后制备得到；改性无机阻燃剂的制备过程中，所使用的硅烷偶联剂是硅烷偶联剂A-174(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)，无机阻燃剂包括重量比为3:1的氢氧化铝和氢氧化镁；改性无机阻燃剂的制备过程为：
将无机阻燃剂称取后混合于蒸馏水内，加入硅烷偶联剂A-174，超声混合1h后，室温下搅拌8-12h，然后过滤出无机阻燃剂，水洗三次后，干燥，即得到改性无机阻燃剂；其中，无机阻燃剂、硅烷偶联剂A-174与蒸馏水的固液比是10g：1mL：100mL。
热稳定剂为二月桂酸二辛基锡，光稳定剂为光稳定剂622。
导热填料的制备方法为：
(1)制备氨基化聚苯醚：
将聚苯醚树脂混合于甲苯中，在室温搅拌3h，然后滴加醋酸酐，超声处理1h，得到聚苯醚混合液；其中，聚苯醚树脂购买自沙伯基础厂家，型号为PPO Noryl FXN121BK；聚苯醚树脂、醋酸酐与甲苯的固液比是16g：50mL：100mL；
将聚苯醚混合液盛于烧瓶内，将烧瓶置于冰水浴中，逐滴的加入硝酸，并持续的搅拌，在半小时内将硝酸滴加完毕，然后升温至25℃继续搅拌4h，减压除去溶剂得到固体，依次进行水洗和醇洗各三次，干燥，得到硝基化聚苯醚；其中，硝酸的质量分数是65％，硝酸的滴加体积与聚苯醚混合液体积比值是10mL：150mL；
将硝基化聚苯醚与无水乙醇混合于烧瓶内，机械分散均匀后，加入氯化亚锡，升温至80℃，再滴加盐酸，保温搅拌回流20h，反应结束降温至常温，过滤出固体，先使用蒸馏水洗涤至中性，再使用氢氧化钠溶液洗涤三次，最后再使用蒸馏水洗涤至中性，干燥，得到氨基化聚苯醚；其中，盐酸的质量分数是20％，氯化亚锡、硝基化聚苯醚、盐酸与无水乙醇的固液比是130g：15g：160mL：160mL。
(2)制备环氧基化硼化二钨：
将纳米硼化二钨粉末分散于氨水、蒸馏水与乙醇的混合液中，分散均匀后，加入正硅酸乙酯，在常温下搅拌12h，然后过滤出固体，依次进行水洗和醇洗各三次，干燥，得到硼化二钨活化产物；其中，氨水、蒸馏水与乙醇的混合液中的氨水、蒸馏水与乙醇的体积比是4mL：40mL：160mL，氨水质量分数是25％；纳米硼化二钨粉末的粒径是300-500nm，纳米硼化二钨粉末、正硅酸乙酯与混合液的固液比是20g：30mL：200mL；
将硼化二钨活化产物加入至乙醇和蒸馏水的混合液中，再加入γ-(2(3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH-560)，常温下超声0.5h，然后调节混合液的pH至5，升温至50℃，搅拌12h，依次进行水洗和醇洗各三次，干燥，得到环氧基化硼化二钨；其中，乙醇和蒸馏水的混合液中的乙醇和蒸馏水的体积比是1：1.5，硼化二钨活化产物、γ-(2(3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷与混合液的固液比是20g：2.4mL：200mL。
(3)制备聚苯醚复合硼化二钨：
将氨基化聚苯醚与环氧基化硼化二钨混合分散在异丙醇中，加入路易斯酸催化剂三氟甲磺酸，升温至50℃，搅拌10h，冷却至常温，过滤出固体，减压干燥，得到聚苯醚复合硼化二钨；其中，氨基化聚苯醚、环氧基化硼化二钨、三氟甲磺酸与异丙醇的固液比是20g：16.2g：1mL：200mL。
上述高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料的制备方法，包括：
步骤1，将聚苯乙烯树脂与导热填料混合至搅拌器内，升温至200℃，混合15min；
步骤2，依次向步骤1的搅拌器内加入阻燃剂、热稳定剂和光稳定剂，继续混合15min；
步骤3，将步骤2得到的混合料经过双螺杆挤出机的挤出，双螺杆挤出机的转速是60r/min，长径比是30:1，温度区间是205-255℃，成型后，得到聚苯乙烯复合塑料。
实施例2
一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料，按照重量份计算，包括：
聚苯乙烯树脂80份、导热填料18份、阻燃剂22份、热稳定剂0.5份和光稳定剂1.5份。
聚苯乙烯树脂的CAS号：9003-70-7，纯度：BR，密度：1.06g/mL(25℃)，重均分子量：3×105；导热填料为聚苯醚复合硼化二钨，粒径是5-10μm。
阻燃剂为改性无机阻燃剂，粒径是5-10μm。；其中，改性无机阻燃剂是使用硅烷偶联剂处理无机阻燃剂后制备得到；改性无机阻燃剂的制备过程中，所使用的硅烷偶联剂是硅烷偶联剂A-174(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)，无机阻燃剂包括重量比为2:1的氢氧化铝和氢氧化镁；改性无机阻燃剂的制备过程为：
将无机阻燃剂称取后混合于蒸馏水内，加入硅烷偶联剂A-174，超声混合1h后，室温下搅拌8h，然后过滤出无机阻燃剂，水洗三次后，干燥，即得到改性无机阻燃剂；其中，无机阻燃剂、硅烷偶联剂A-174与蒸馏水的固液比是10g：1mL：100mL。
热稳定剂为二月桂酸二丁基锡；光稳定剂为光稳定剂770。
导热填料的制备方法为：
(1)制备氨基化聚苯醚：
将聚苯醚树脂混合于甲苯中，在室温搅拌2h，然后滴加醋酸酐，超声处理1h，得到聚苯醚混合液；其中，聚苯醚树脂购买自沙伯基础厂家，型号为PPO Noryl FXN121BK；聚苯醚树脂、醋酸酐与甲苯的固液比是12g：50mL：100mL；
将聚苯醚混合液盛于烧瓶内，将烧瓶置于冰水浴中，逐滴的加入硝酸，并持续的搅拌，在半小时内将硝酸滴加完毕，然后升温至25℃继续搅拌3h，减压除去溶剂得到固体，依次进行水洗和醇洗各三次，干燥，得到硝基化聚苯醚；其中，硝酸的质量分数是65％，硝酸的滴加体积与聚苯醚混合液体积比值是10mL：150mL；
将硝基化聚苯醚与无水乙醇混合于烧瓶内，机械分散均匀后，加入氯化亚锡，升温至80℃，再滴加盐酸，保温搅拌回流20h，反应结束降温至常温，过滤出固体，先使用蒸馏水洗涤至中性，再使用氢氧化钠溶液洗涤三次，最后再使用蒸馏水洗涤至中性，干燥，得到氨基化聚苯醚；其中，盐酸的质量分数是20％，氯化亚锡、硝基化聚苯醚、盐酸与无水乙醇的固液比是120g：12g：150mL：150mL。
(2)制备环氧基化硼化二钨：
将纳米硼化二钨粉末分散于氨水、蒸馏水与乙醇的混合液中，分散均匀后，加入正硅酸乙酯，在常温下搅拌10h，然后过滤出固体，依次进行水洗和醇洗各三次，干燥，得到硼化二钨活化产物；其中，氨水、蒸馏水与乙醇的混合液中的氨水、蒸馏水与乙醇的体积比是2mL：30mL：150mL，氨水质量分数是25％；纳米硼化二钨粉末的粒径是300-500nm，纳米硼化二钨粉末、正硅酸乙酯与混合液的固液比是15g：25mL：200mL；
将硼化二钨活化产物加入至乙醇和蒸馏水的混合液中，再加入γ-(2(3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH-560)，常温下超声0.5-1h，然后调节混合液的pH至5，升温至50℃，搅拌10-14h，依次进行水洗和醇洗各三次，干燥，得到环氧基化硼化二钨；其中，乙醇和蒸馏水的混合液中的乙醇和蒸馏水的体积比是1：1，硼化二钨活化产物、γ-(2(3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷与混合液的固液比是15g：1.6mL：200mL。
(3)制备聚苯醚复合硼化二钨：
将氨基化聚苯醚与环氧基化硼化二钨混合分散在异丙醇中，加入路易斯酸催化剂三氟甲磺酸，升温至45℃，搅拌12h，冷却至常温，过滤出固体，减压干燥，得到聚苯醚复合硼化二钨；其中，氨基化聚苯醚、环氧基化硼化二钨、三氟甲磺酸与异丙醇的固液比是15g：10.8g：0.5mL：200mL。
上述高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料的制备方法，包括：
步骤1，将聚苯乙烯树脂与导热填料混合至搅拌器内，升温至180℃，混合20min；
步骤2，依次向步骤1的搅拌器内加入阻燃剂、热稳定剂和光稳定剂，继续混合20min；
步骤3，将步骤2得到的混合料经过双螺杆挤出机的挤出，双螺杆挤出机的转速是50r/min，长径比是25:1，温度区间是205-255℃，成型后，得到聚苯乙烯复合塑料。
实施例3
一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料，按照重量份计算，包括：
聚苯乙烯树脂100份、导热填料30份、阻燃剂32份、热稳定剂2.5份和光稳定剂3.5份。
聚苯乙烯树脂的CAS号：9003-70-7，纯度：BR，密度：1.06g/mL(25℃)，重均分子量：3×105；导热填料为聚苯醚复合硼化二钨，粒径是5-10μm。。
阻燃剂为改性无机阻燃剂，粒径是5-10μm。；其中，改性无机阻燃剂是使用硅烷偶联剂处理无机阻燃剂后制备得到；改性无机阻燃剂的制备过程中，所使用的硅烷偶联剂是硅烷偶联剂A-174(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)，无机阻燃剂包括重量比为5:1的氢氧化铝和氢氧化镁；改性无机阻燃剂的制备过程为：
将无机阻燃剂称取后混合于蒸馏水内，加入硅烷偶联剂A-174，超声混合1h后，室温下搅拌8-12h，然后过滤出无机阻燃剂，水洗三次后，干燥，即得到改性无机阻燃剂；其中，无机阻燃剂、硅烷偶联剂A-174与蒸馏水的固液比是10g：2mL：200mL。
热稳定剂为甲基硫醇锡；光稳定剂为光稳定剂292。
导热填料的制备方法为：
(1)制备氨基化聚苯醚：
将聚苯醚树脂混合于甲苯中，在室温搅拌5h，然后滴加醋酸酐，超声处理2h，得到聚苯醚混合液；其中，聚苯醚树脂购买自沙伯基础厂家，型号为PPO Noryl FXN121BK；聚苯醚树脂、醋酸酐与甲苯的固液比是20g：60mL：200mL；
将聚苯醚混合液盛于烧瓶内，将烧瓶置于冰水浴中，逐滴的加入硝酸，并持续的搅拌，在半小时内将硝酸滴加完毕，然后升温至30℃继续搅拌3h，减压除去溶剂得到固体，依次进行水洗和醇洗各三次，干燥，得到硝基化聚苯醚；其中，硝酸的质量分数是65％，硝酸的滴加体积与聚苯醚混合液体积比值是20mL：200mL；
将硝基化聚苯醚与无水乙醇混合于烧瓶内，机械分散均匀后，加入氯化亚锡，升温至90℃，再滴加盐酸，保温搅拌回流20h，反应结束降温至常温，过滤出固体，先使用蒸馏水洗涤至中性，再使用氢氧化钠溶液洗涤三次，最后再使用蒸馏水洗涤至中性，干燥，得到氨基化聚苯醚；其中，盐酸的质量分数是20％，氯化亚锡、硝基化聚苯醚、盐酸与无水乙醇的固液比是140g：20g：180mL：180mL。
(2)制备环氧基化硼化二钨：
将纳米硼化二钨粉末分散于氨水、蒸馏水与乙醇的混合液中，分散均匀后，加入正硅酸乙酯，在常温下搅拌15h，然后过滤出固体，依次进行水洗和醇洗各三次，干燥，得到硼化二钨活化产物；其中，氨水、蒸馏水与乙醇的混合液中的氨水、蒸馏水与乙醇的体积比是6mL：50mL：180mL，氨水质量分数是25％；纳米硼化二钨粉末的粒径是300-500nm，纳米硼化二钨粉末、正硅酸乙酯与混合液的固液比是25g：35mL：250mL；
将硼化二钨活化产物加入至乙醇和蒸馏水的混合液中，再加入γ-(2(3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH-560)，常温下超声1h，然后调节混合液的pH至5，升温至50℃，搅拌14h，依次进行水洗和醇洗各三次，干燥，得到环氧基化硼化二钨；其中，乙醇和蒸馏水的混合液中的乙醇和蒸馏水的体积比是1：2，硼化二钨活化产物、γ-(2(3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷与混合液的固液比是25g：3.2mL：250mL。
(3)制备聚苯醚复合硼化二钨：
将氨基化聚苯醚与环氧基化硼化二钨混合分散在异丙醇中，加入路易斯酸催化剂三氟甲磺酸，升温至55℃，搅拌8h，冷却至常温，过滤出固体，减压干燥，得到聚苯醚复合硼化二钨；其中，氨基化聚苯醚、环氧基化硼化二钨、三氟甲磺酸与异丙醇的固液比是25g：22.4g：1.5mL：250mL。
上述高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料的制备方法，包括：
步骤1，将聚苯乙烯树脂与导热填料混合至搅拌器内，升温至200℃，混合10min；
步骤2，依次向步骤1的搅拌器内加入阻燃剂、热稳定剂和光稳定剂，继续混合10min；
步骤3，将步骤2得到的混合料经过双螺杆挤出机的挤出，双螺杆挤出机的转速是70r/min，长径比是35:1，温度区间是205-255℃，成型后，得到聚苯乙烯复合塑料。
对比例1
一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料，与实施例1的区别为，成分中的导热填料替换成纳米硼化二钨，粒径是300-500nm；其余的成分、重量份以及制备方法均与实施例1相同。
对比例2
一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料，与实施例1的区别为，成分中的导热填料替换成聚苯醚，粒径是5-10μm；其余的成分、重量份以及制备方法均与实施例1相同。
对比例3
一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料，与实施例1的区别为，成分中的导热填料替换成聚苯醚和纳米硼化二钨的物理混合物，聚苯醚和纳米硼化二钨的重量比是16：20，纳米硼化二钨粉末的粒径是300-500nm，聚苯醚粒径是5-10μm；其余的成分、重量份以及制备方法均与实施例1相同。
为了更清晰地说明本发明的内容，本发明对实施例1-3与对比例1-3中制备得到的聚苯乙烯复合材料进行了性能上的检测对比，拉伸强度与断裂伸长率的检测方法参考ASTMD638，冲击强度的检测方法参考ASTM D256。导热系数使用导热系数测定仪直接测定，其中设置参考标准ISO 22007-1。阻燃性的检测以氧指数的指标为准，参考标准ASTM D2836。检测结果如下表1所示：
表1不同制备方法得到的复合材料的性能检测
通过表1中，能够看出实施例1-3无论在耐热性、强度、抗冲击性、导热性以及阻燃性方面均表现更好，综合性能能够满足需求。而将实施例1与对比例1-3对比能够看出，仅仅导热填料的加入不同，对比例1-3的复合材料在耐热性、强度、抗冲击、导热性以及阻燃性方面均有或多或少的减弱，说明本发明实施例1制备的导热填料不仅本身能够发挥出较好的导热性和耐热性，而且对于复合材料的整体强度具有增强性，还与阻燃剂协同作用，增强了材料的阻燃性能。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料，其特征在于，按照重量份计算，包括：
聚苯乙烯树脂80-100份、导热填料18-30份、阻燃剂22-32份、热稳定剂0.5-2.5份和光稳定剂1.5-3.5份；
所述导热填料的制备包括以下步骤：
(1)制备氨基化聚苯醚：
使用聚苯醚树脂经过硝酸/醋酸酐的硝基化处理后，再经过氯化亚锡/盐酸的催化体系氨基化处理，得到氨基化聚苯醚；
(2)制备环氧基化硼化二钨：
使用纳米硼化二钨粉末经过正硅酸乙酯混合液的处理，形成硼化二钨活化产物，再使用γ-(2(3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷进行环氧基化处理，得到环氧基化硼化二钨；
(3)制备聚苯醚复合硼化二钨：
将氨基化聚苯醚与环氧基化硼化二钨混合，催化结合反应，得到聚苯醚复合硼化二钨。
2.根据权利要求1所述的一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述阻燃剂为改性无机阻燃剂，粒径是5-10μm；其中，改性无机阻燃剂是使用硅烷偶联剂处理无机阻燃剂后制备得到；所述改性无机阻燃剂的制备过程中，所使用的硅烷偶联剂是硅烷偶联剂A-174(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)，无机阻燃剂包括重量比为(2-5):1的氢氧化铝和氢氧化镁。
3.根据权利要求1所述的一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述热稳定剂为有机锡稳定剂，包括二月桂酸二辛基锡、二月桂酸二丁基锡、甲基硫醇锡、辛基硫醇锡中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述光稳定剂为受阻胺光稳定剂，包括光稳定剂622、光稳定剂770、光稳定剂292中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料，其特征在于，步骤(1)中，硝基化处理的方法为：
S1.将聚苯醚树脂混合于甲苯中，在室温搅拌2-5h，然后滴加醋酸酐，超声处理1-2h，得到聚苯醚混合液；其中，聚苯醚树脂购买自沙伯基础厂家，型号为PPO Noryl FXN121BK；聚苯醚树脂、醋酸酐与甲苯的固液比是(12-20)g：(50-60)mL：(100-200)mL；
S2.将聚苯醚混合液盛于烧瓶内，将烧瓶置于冰水浴中，逐滴的加入硝酸，并持续的搅拌，在半小时内将硝酸滴加完毕，然后升温至25-30℃继续搅拌3-6h，减压除去溶剂得到固体，依次进行水洗和醇洗各三次，干燥，得到硝基化聚苯醚；其中，硝酸的质量分数是65％，硝酸的滴加体积与聚苯醚混合液体积比值是(10-20)mL：(150-200)mL。
6.根据权利要求1所述的一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料，其特征在于，步骤(1)中，氨基化处理的方法为：
将硝基化聚苯醚与无水乙醇混合于烧瓶内，机械分散均匀后，加入氯化亚锡，升温至80-90℃，再滴加盐酸，保温搅拌回流20-30h，反应结束降温至常温，过滤出固体，先使用蒸馏水洗涤至中性，再使用氢氧化钠溶液洗涤三次，最后再使用蒸馏水洗涤至中性，干燥，得到氨基化聚苯醚；其中，盐酸的质量分数是20％，氯化亚锡、硝基化聚苯醚、盐酸与无水乙醇的固液比是(120-140)g：(12-20)g：(150-180)mL：(150-180)mL。
7.根据权利要求1所述的一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料，其特征在于，步骤(2)中，硼化二钨活化产物的制备过程为：
将纳米硼化二钨粉末分散于氨水、蒸馏水与乙醇的混合液中，分散均匀后，加入正硅酸乙酯，在常温下搅拌10-15h，然后过滤出固体，依次进行水洗和醇洗各三次，干燥，得到硼化二钨活化产物；其中，氨水、蒸馏水与乙醇的混合液中的氨水、蒸馏水与乙醇的体积比是(2-6)mL：(30-50)mL：(150-180)mL，氨水质量分数是25％；纳米硼化二钨粉末的粒径是300-500nm，纳米硼化二钨粉末、正硅酸乙酯与混合液的固液比是(15-25)g：(25-35)mL：(200-250)mL。
8.根据权利要求1所述的一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料，其特征在于，步骤(2)中，步骤(2)中，环氧基化处理的过程包括：
将硼化二钨活化产物加入至乙醇和蒸馏水的混合液中，再加入γ-(2(3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH-560)，常温下超声0.5-1h，然后调节混合液的pH至5，升温至50℃，搅拌10-14h，依次进行水洗和醇洗各三次，干燥，得到环氧基化硼化二钨；其中，乙醇和蒸馏水的混合液中的乙醇和蒸馏水的体积比是1：(1-2)，硼化二钨活化产物、γ-(2(3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷与混合液的固液比是(15-25)g：(1.6-3.2)mL：(200-250)mL。
9.根据权利要求1所述的一种高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料，其特征在于，步骤(3)中，聚苯醚复合硼化二钨的制备方法为：
将氨基化聚苯醚与环氧基化硼化二钨混合分散在异丙醇中，加入路易斯酸催化剂三氟甲磺酸，升温至45-55℃，搅拌8-12h，冷却至常温，过滤出固体，减压干燥，得到聚苯醚复合硼化二钨；其中，氨基化聚苯醚、环氧基化硼化二钨、三氟甲磺酸与异丙醇的固液比是(15-25)g：(10.8-22.4)g：(0.5-1.5)mL：(200-250)mL。
10.一种权利要求1-9任意之一所述的高导热无卤阻燃聚苯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1，将聚苯乙烯树脂与导热填料混合至搅拌器内，升温至180-200℃，混合10-20min；
步骤2，依次向步骤1的搅拌器内加入阻燃剂、热稳定剂和光稳定剂，继续混合10-20min；
步骤3，将步骤2得到的混合料经过双螺杆挤出机的挤出，双螺杆挤出机的转速是50-70r/min，长径比是(25-35):1，温度区间是205-255℃，成型后，得到聚苯乙烯复合塑料。
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